動力鑽井

利用機械設備從地面將地層鑽成孔眼的工作稱為動力鑽井。通常指勘探或開發石油、天然氣等液態和氣態礦產而鑽鑿井眼及大直徑供水井的工程。鑽井在國民經濟建設中的套用極為廣泛。

我國油 （氣） 田廣泛使用轉盤鑽鑽井。主要設備有井架、操作平台、柴油機、鑽機、鑽具、泥漿泵、發電機和測試裝備以及燃料油罐、鍋爐等。

基本介紹

• 中文名：動力鑽井
• 外文名：Power drilling
• 領域：礦采，給水
• 類型：頓鑽，旋轉鑽

簡介

由於生產、生活需要從地下取得礦產資源而發展了鑽井技術。井眼直徑的大小與井的深度則取決於礦產的性質與埋藏深度。多數固體礦產要求人下入井內採掘，所以要挖掘大口徑的井（這裡是以人是否下入井內工作作為區分大小口徑的標準），如煤礦的豎井。金屬礦與核工業也需要大口徑井。

流體礦藏如石油、天然氣、地下水、地熱資源等的開採，不需人下入井內，故井眼直徑可以大大縮小，一般為100—500mm，井的深度各地不同，根據生產層或目的層所處深度來定，從幾百米到幾千米。

小口徑井除用於開採流體礦藏外，尚廣泛用於地質鑽探，尋找具有工業開採價值的資源，為水壩及各種建築物探明基礎情況，以及其他特殊目的，如武漢長江大橋橋墩就是用鑽井的辦法下入多根管柱，再用混凝上澆成整體建成的。

類型

以機械破碎岩石的原理為基礎，根據破岩方式不同，分頓鑽鑽井法和旋轉鑽井法。

（1）頓鑽鑽井法利用鑽頭上下衝擊破碎岩石，是一種較古老的鑽井方法。由於設備簡單，操作容易，在開採淺部低壓油、氣層時仍然採用。

（2） 旋轉鑽井法是採用的主要方法，它利用鑽頭旋轉過程中的壓碎、剪下或切碎作用破碎岩石。根據動力輸入方式不同，分轉盤鑽井法和井下動力鑽井法。前者通過地面轉盤帶動鑽柱，以及與鑽柱連線的鑽頭，旋轉破碎岩石; 後者將動力機裝置在井下鑽頭附近，由該動力機帶動鑽頭旋轉，鑽柱則不旋轉。根據動力機不同，又分為渦輪鑽井法和電鑽鑽井法。

鑽井過程

一口井從開始鑽鑿到完成，要經過很多道工序，現在分別介紹。

準備工作

（1）定井口位置 地質師根據地質上或生產上的需要確定井底位置。當井身軸線按鉛垂線設計時，井口中心與井底中心位置在同一鉛垂線上，這就是直井。如果井身軸線對鉛直線而言是斜的或是曲線形狀，則井口中心位置將不與井底中心在同一鉛垂線上，這就是定向井。

（2）修公路 為了將各種設備與物資運入井場，需要修公路。

（3）平井場在井口周圍平整出一塊場地以供施工之用。

（4）打基礎 為了保證設備在打井過程中不會因下陷不均勻而歪斜，要打基礎。小些的基礎可用方木或預製件，大型的基礎則在現場用混凝土澆灌。

（5）安裝立井架，安裝鑽井設備、泥漿泵，安放或挖掘泥漿池、泥漿槽等。

鑽進

當前世界各地普遍使用的鑽井方法是旋轉鑽井法（或稱轉盤鑽法）。此法始於1900年，在這即按此法敘述。

鑽進直接破碎岩石的工具叫鑽頭。鑽進時用足夠的壓力把鑽頭壓到井底岩石上，使鑽頭的刃部吃入岩石中。鑽頭上邊接鑽柱，用鑽柱帶動鑽頭旋轉以破碎井底岩石，井就會逐漸加深。加到鑽頭上的壓力叫鑽壓，是靠鑽柱在洗井液中的重量（即鑽柱在空氣中的重量減去在洗井液中的浮力後的重量）的一部分產生的。

鑽柱把地面上的動力傳給鑽頭，所以，鑽柱是從地面一直延伸到井底的。井有多深．鑽柱就有多長。隨著井的加深，鑽柱也逐漸增長，其重量也逐漸加大，以致於會超過鑽壓的需要。過大的鑽壓將會引起鑽頭、鑽柱、設備的損壞，所以必需將大於鑽壓的那部分鑽柱重量吊懸起來。

洗井

井底岩石被鑽頭破碎以後形成小的碎塊，稱為鑽屑，也常稱為砂。鑽屑積多了會妨礙鑽頭鑽鑿新的井底，引起機械鑽速下降。所以必需及時地把鑽屑從井底清除掉，並攜出地面，這就是洗井。

洗井用洗井液進行。洗井液可以是以水、油為基礎的懸浮液，也可以是空氣或天然氣等氣體。當前用得最多的是以水為基礎的水基洗井液，即粘土分散於水中所形成的懸浮液。也有人把洗井液稱為鑽井液，但多數人則把各種洗井液統稱之為泥漿。

接單根

在鑽進過程中，由於井在不斷加深，鑽柱也要及時接長，每次接入一根鑽桿，叫做接單根。打一口井要接很多次單根。

起下鑽

為了更換磨損了的鑽頭，需將全部鑽柱從井中起出，換了新鑽頭以後再重新下入井中，叫起鑽或下鑽。一口井要用很多隻鑽頭才能鑽成，所以起下鑽的次數是很多的。為了提高效率，節省時間，起下鑽時不是以單根鑽桿為單位進行接卸，而是以二或三根鑽桿為一接卸單位，稱為立根。也可能是其他原因，如打撈，解決卡鑽等也需要進行起下鑽操作。

固井

一口井在形成時，要穿過各種性質不同的地層·有的地層岩石堅硬，井眼形成以後可以維持較長時間而不致坍塌；儘管地層複雜多變，還是得設法將這些地層鑽穿，否則無法繼續向下鑽進。當這些地層被鑽穿以後，上述的各種複雜情況有的可能消失，對以後的鑽井工作不再造成危害。而有的則繼續給鑽井工作造成麻煩，也許會形成隱患。為了保護已鑽成的井眼和使以後的鑽井工作順利進行，或為生產造成通路，應當在適當的時候對井眼進行加固，稱為固井。

事故處理

如物件落入井內需進行打撈，鑽桿斷在井內也要打撈，鑽柱被卡在井內則要設法解卡。除落物外，引起井內複雜情況而需處理的原因多系洗井液性能不合要求所造成的。

其他作業

在鑽井過程中要進行岩屑錄井、氣測井、電法測井以及地層測試；交井以後還有射孔、替噴、試油、酸化壓裂等項作業。

鑽井設備

鑽機通常是鑽井地面設備的總稱。它是一套綜合機組，用來鑽采地下的油，氣，水資源；

目前，鑽井的方法主要是旋轉鑽井。它的工作原理是：利用鑽頭旋轉破碎岩石，形成井身，利用鑽柱將鑽頭送到井底，利用起升汝備起下鑽柱；利用轉盤或井下動力鑽具帶動鑽柱和鑽頭旋轉，利用泥漿泵循環洗井液帶出井底岩屑。為此，鑽井工藝對鑽機有以下基本要求：

（1）旋轉鑽進的能力。要求鑽機能提供足夠的扭矩和轉速，並維持一定的鑽壓。

（2）起下鑽具的能力。要求具有一定的起重量和起升速度，並有一定的超載能力。

（3）洗井的能力。要求能提供足夠的水力能量，以適應洗井和噴射鑽井的需要。

（4）為適應鑽機搬遷的特點，還要求鑽機容易安裝，拆卸和運輸。

設計工作者和製造工作者，根據鑽井對鑽機的基本要求，隨生產技術的發展，設計和製造了適應各種不同井深和需要的各類型鑽機，而且越來越現代化。縱觀各種不同類型的現代鑽機，其基本結構原理都是一致的。概括地說，均由動力機組、傳動機組、工作機組，輔助機組及控制機組等組成（如圖）。

鑽機組成示意圖